This paper investigates the mechanism that causes x-ray enhancement in high-Z foams for laser-driven soft x-ray sources. By simulation of one-dimensional radiation-hydrodynamics, it is found that the x-ray enhancement is mainly due to the effect that, in a foam target, shock wave compression significantly reduces the energy loss of hydrodynamic motion (kinetic energy). In a solid target this effect is negligible for its low compressibility. Expressions of kinetic energy reduction (ΔEk = Ek,solid − Ek,foam) are given to model the improvement of the laser-to-x-ray conversion efficiency. The ΔEk given by the model agrees with the simulation result with about a 15% error for foam density 0.07 – 0.3 g/cc and for laser intensity 0.4 × 1015–2.0 × 1015 W cm−2. The model indicates that the x-ray enhancement is more efficient with a lower foam density and higher laser intensity, which is also presented by the simulation results.
本論文は、レーザー駆動X線源における高ZフォームによるX線増強のメカニズムを調査するものである。一次元輻射流体力学のシミュレーションにより、X線増強は主に、フォームターゲット内で衝撃波圧縮が流体運動（運動エネルギー）によるエネルギー損失を大幅に低減する効果に起因することが明らかになった。固体ターゲットでは、圧縮率が低いためこの効果は無視できる程度である。運動エネルギーの減少（ΔEk = Ek,solid − Ek,foam）を表す式を導出し、レーザーからX線への変換効率の向上をモデル化した。このモデルによるΔEkの計算値は、フォーム密度0.07～0.3 g/cc、レーザー強度0.4 × 10^15～2.0 × 10^15 W/cm^2の範囲において、シミュレーション結果と約15%の誤差で一致した。モデルは、フォーム密度が低く、レーザー強度が高いほどX線増強がより効率的であることを示しており、これはシミュレーション結果によっても裏付けられている。